航道工程学课件：第五章航道疏浚.ppt

1、第五章 航道疏浚v主要讲解内容 第一节 概述 第二节 疏浚工程基本要求 第三节 潮汐河口挖槽设计 第四节 口外航道回淤估算及减淤 第一节 概述一 疏浚工程的任务及特点v疏浚工程：采用挖泥船或其他机具以及人工进行水下挖掘土石方的工程。v航道疏浚工程：通过调整河床边界达到改善通航条件的工程措施。v主要任务： 1.开挖新的航道、港池、运河； 2.改善航道的航行条件，维护航道尺度，消除对船舶有影响的流态； 3.开挖码头、船坞、船闸、及其他水上建筑物的基槽； 4.与开挖相结合的吹填及疏浚物综合利用工程。二 航道疏浚工程的分类v分类：基建性疏浚；维护性疏浚；临时性疏浚。 基建性疏浚：为提高航道标准尺度，在

2、较长时期内根本改善 航道通航条件而进行的疏浚。 维护性疏浚：为维持现有航道尺度而进行的经常性疏浚。三 挖槽定线的基本原则 a 挖槽的方向与主流方向一致，特别是与底流方向一致。 b 挖槽应通过浅滩鞍凹，并位于主流线上，挖槽进出口段应与上下深槽平顺连接。 c 挖槽在平面以直线或折线为宜，转折处应满足弯曲半径要求，并加大弯曲段挖槽宽度 d 在满足航道尺度的条件下，挖槽断面宜窄而深，以提高输沙能力。 e 挖槽应选择最短路线，使挟沙路程短，泥沙不易淤积在挖槽内，且工程量小。第二节 疏浚工程基本要求v一 抛泥区选择 充分考虑河床稳定要求、船舶航行要求及施工要求，并尽可能利用抛泥去加高边滩或抛筑土堤，以导引

3、水流归槽，或用于堵塞有害的倒套、串沟等。v疏浚土的处理 1.卸泥于岸上（陆上吹填工程） 2.水下卸泥v抛泥区选择原则 1.疏浚土抛置后，不应再回淤至挖槽或附近的航道 2.避免工、农、渔生产地区选择泥区，防止环境污染 3.应有足够的水深，使抛泥船能打开泥门正常抛泥 4.挖槽至抛泥区应有安全航道可通 5.尽量使所抛泥沙有利于维护挖槽稳定，改善航道 6.用边抛泥法抛泥，应尽量减少对挖槽及附近航道产生淤积二 挖槽断面设计v主要确定：挖槽的宽度和深度，使其尺度满足航行要求，并应力求挖槽回淤小，挖槽较为稳定。v基本要求：挖槽内的纵向流速大于挖槽前的流速，并大于挖槽上游河段的流速，同时使挖槽内的流速沿程逐渐

4、增大。353201bbUUKnm基本公式：挖槽内平均流速挖槽前浅滩上平均流速挖槽基本要求：1mK最佳挖槽尺度公式：4 .06 .0max151.0bbK相对挖槽宽度相对挖槽深度示意图1示意图2三 挖槽土石方估算 挖槽的设计要求航道内不允许出现浅点，即要求不出现负的偏差，挖槽实际开挖底槽和边线均要求不小于设计槽底和设计挖槽边线。v1.断面积法v2.平均水深法疏浚工程计算断面示意图四 疏浚工程机械的选择 挖泥船机械式水力式直吸式挖泥船绞吸式挖泥船耙吸式挖泥船铲斗式挖泥船抓斗式挖泥船链斗式挖泥船第三节 潮汐河口挖槽设计v一 河口挖槽选线v1.从航行条件出发 在开敞水域中航槽轴线应尽可能与常遇风、浪、

5、流的合力方向平行。v2.从航槽的稳定性要求出发 挖槽方向应尽可能与涨落潮的底流方向一致，有利于泥沙运行，减少疏浚工程量。v二 河口开敞水域疏浚抛泥方法 1.水下抛泥法 2.边抛法 3.向岸边吹填第四节 口外航道回淤估算及减淤v一 淤泥质口外航道回淤估算v1.泥沙运动特性 滩面上的细颗粒泥沙受风浪、潮流及风吹流综合等动力因素作用下被掀起悬浮于水中，并伴有水平方向的搬运；悬浮于海水中的泥沙颗粒，呈絮凝体下沉。v2.口外航道回淤机理 基本处于冲淤平衡状态下的淤泥质浅滩水域开挖航道后，由于航道中水深增大，水流挟沙能力降低，浑水横越、顺向航槽时，泥沙落淤，造成航道淤积。二 口外浅滩航道回淤的计算v1.风

6、浪要素的统计分析v2.风吹流和潮流的合成概化处理v3. 的确定v4.航道年回淤强度的计算 刘家驹公式（用于计算口外淤泥质浅滩航道回淤强度）v三 口外航道减淤的工程措施 一般在挖槽两侧抛筑双导堤，以束窄水流，冲刷航槽1K2Kcos1211sin1P 212123211011ddddKddKtS返回挖槽横断面示意图0B0hnBnh0hnh设计最低通航水位高程平均开挖厚度挖槽边坡系数航道标准宽度航道标准水深挖槽后河床高程返回返回第一节疏浚工程的任务及特点第一节疏浚工程的任务及特点采用挖泥船或其他机具以及人工进行水下挖掘土石方的工程。 1疏浚工程疏浚工程 （1）对于沙质和沙卵石河床）对于沙质和沙卵石河

7、床：采用挖泥船挖除碍航的泥沙堆积物，增加航道水深。 （2）对于石质河床：）对于石质河床：采用爆破的方法（常称炸礁）炸除碍航的石嘴、石梁、孤石、岩盘等。 2在航道和港口工程中，疏浚的主要任务在航道和港口工程中，疏浚的主要任务 开挖新的航道、港池和运河； 改善航道的航行条件，维护航道尺度，消除对船舶有影响的流态； 开挖码头、船坞、船闸及其他水土建筑物的基槽； 与开挖相结合的吹填及疏浚物综合利用工程。 秦皇岛港吹填造地工程(完成疏浚及吹填工程量约3000万m3，形成陆域400万m2。) （1）通过疏浚，航道尺度即刻增加，通航条件即可改善，无需要大量的工程材料和人力；不会产生引起不良后果。 （2）疏浚

8、方法不但常常被单独使用，而且能与利用整治建筑物改善航道的方法结合。 3疏浚的特点疏浚的特点4疏浚工程的主要问题疏浚工程的主要问题挖槽内的泥沙淤积 ( (？) ) 基建性疏浚 维护性疏浚 临时性疏浚 5航道疏浚工程分类航道疏浚工程分类 第二节挖槽定线及抛泥区选择第二节挖槽定线及抛泥区选择 1、挖槽的方向与主流方向交角不应超过15。一、挖槽定线的基本原则一、挖槽定线的基本原则 2、挖槽应通过浅滩凹鞍，并位于主流线上。3、挖槽在平面上常设计成直线，挖槽不可避免出现折线时，其转弯半径应满足要求，并适当加宽。4、在满足航道尺度的条件下，挖槽断面宜窄而深，不宜宽而浅。5、挖槽应选择最短线路。 6、考虑施工

9、的可能性。 疏浚土的处理：陆上吹填二、抛泥区选择二、抛泥区选择水下抛泥二、抛泥区选择用边抛法抛泥，应慎重研究水流的流速、流向能否将边抛的泥土带出挖槽及航道之外，尽量减少对挖槽及附近航道产生淤积。 吸扬船14号二、抛泥区选择二、抛泥区选择1、航行要求：抛泥区应选择在不碍航处，如出口深槽、凸岸边滩下部。 抛泥区选择一般原则：抛泥区选择一般原则：2、航道稳定性要求：疏浚泥土抛置后，应不回淤至挖槽或附近的航道。（1）下深槽沱口（2）抬高边滩（3）不通航汊道3、施工要求：（1）抛泥区应有足够水深，使抛泥船能打开泥门正常抛泥。 （2 2）挖槽至抛泥区应有安全航道可通。在条件许可下挖槽至抛泥区的距离尽可能缩

10、短，以提高工效。 抓斗挖泥船二、抛泥区选择二、抛泥区选择抛泥区选择一般原则：抛泥区选择一般原则：应避免在养殖场、取水口等工、农、渔生产地区选择泥区，防止对环境产生污染。4、环保要求：三、典型浅滩挖槽布置 基建性挖槽的布置基建性挖槽的布置 挖槽应靠近主导河岸，挖槽方向于主导河岸一致，以便利用主导河岸在各级水位时的导流作用，维持挖槽稳定。 当浅滩河段一岸为基岸，另一岸为宽阔边滩时，挖槽应选择靠近基岸，以造成环流维持挖槽稳定。 当浅滩河段两岸均为宽阔的边滩且变化较大时，单靠基建性疏浚很难根本改善浅滩航行条件，必须配合整治以稳定挖槽。三、典型浅滩挖槽布置第三节第三节 挖槽设计及水力计算挖槽设计及水力计

11、算 1.根据挖槽定线，确定挖槽的大致位置2.挖槽横断面设计：形状、挖槽宽度和深度3.挖槽稳定性校核4.挖槽水面线计算一、挖槽断面设计一、挖槽断面设计1、挖槽断面设计的要求：、挖槽断面设计的要求：挖槽断面示意图 （1）挖槽宽度和深度满足航道尺度要求（2）使挖槽回淤量小，稳定性好2.挖槽的最佳尺寸挖槽的最佳尺寸32/0nnhhUU2.挖槽的最佳尺寸挖槽的最佳尺寸0dadkm 横断面对称梯形：两侧边坡系数m三、挖槽断面形状三、挖槽断面形状 挖槽纵断面底坡宜与挖槽后的水面线一致。四、挖槽后水位降落计算四、挖槽后水位降落计算1)1 ()21 (213/1021ooZZZHZZ2 2、 上游河段的水位降落

12、值上游河段的水位降落值五、挖槽土石方量估算五、挖槽土石方量估算1、超深、超宽2、工程量计算第四节疏浚对环境的影响第四节疏浚对环境的影响1对自然环境的影响对自然环境的影响 包括：对施工区域水力条件改变的影响，对水域底部形态变化的影响，对水质带来的变化，施工区域空气质量的变化（即气味等的变化）。2对社会环境的影响对社会环境的影响 包括：施工期机具噪声水平提高的干扰，弃土与抛泥沿程带来的泄漏影响，在挖泥和排泥操作扰动水底沉积物并使之重新悬浮时，造成二次污染对船体磨蚀和人群健康的影响，水体污染异色，使人产生反感失去旅游观光的价值等。一、疏浚工程对环境的影响一、疏浚工程对环境的影响 3.疏浚施工过程对水

13、体中的污染物迁移影响主疏浚施工过程对水体中的污染物迁移影响主要表现：要表现： （1）水中污染物在水体中变化 机械迁移。 物理-化学转化 生物性转化 （2）抛泥和弃土过程中污染物的变化 水体中吸附的污染物由水相转化为固相形成新的污染形态在抛泥区的氧化环境发生变化，形成污染物新的扩散条件和范围，可造成二次污染。一、疏浚工程对环境的影响一、疏浚工程对环境的影响（1）在挖泥时采取措施，不使泥浆及有害气体扩散。 （2）采用沙帘的方法。（3）建立不渗漏的抛泥区，以容纳废物。（4）研究采用旁通、边抛等施工方法的地点和时间，尽量减少污染物对人类的危害。二、疏浚污染的控制二、疏浚污染的控制1.施工过程中的控制（

14、1）采用化学或生物方法，将疏浚泥土变成不污染的陆域土地填充料。（2）将河底泥烧制陶瓷和粘土砖。（3）利用疏浚淤泥作为城市绿化材料。例如：根据中国-挪威两国全用开展的苏州河水环境综合整治规划研究成果表明，苏州河市区段河底泥沙中铬、铜、汞、锌、铁、砷等均高于正常的环境背景值，苏南大运河二期工程即采用疏浚弃土作为绿化用土壤。2.减少弃泥二次污染的措施二、疏浚污染的控制二、疏浚污染的控制疏浚的历史与大型疏浚工程疏浚的历史与大型疏浚工程 1十八世纪末叶英国瓦特发明了蒸汽机，引发了以蒸汽十八世纪末叶英国瓦特发明了蒸汽机，引发了以蒸汽机为动力的机械式挖泥船的问世。机为动力的机械式挖泥船的问世。当时主要是斗式

15、及刮板式挖泥船，从此疏浚工程开始了从人力为主变为机械为主进行的新时代。 2十九世纪中叶发明了离心泵，出现了一代新型的、应十九世纪中叶发明了离心泵，出现了一代新型的、应用水力疏浚原理进行疏浚工程的吸扬挖泥船。用水力疏浚原理进行疏浚工程的吸扬挖泥船。十九世纪末叶十九世纪末叶发明了柴油机，替代了蒸汽机的地位，为大吨位、大功率、发明了柴油机，替代了蒸汽机的地位，为大吨位、大功率、高效率的自航耙吸船、绞吸船的出现提供了动力条件。高效率的自航耙吸船、绞吸船的出现提供了动力条件。 3第二次世界大战后，第二次世界大战后，海船迅速向大型化发展，大型耙吸船、绞吸船的出现不仅使深水港区的建设及维护成为可能，改变了历

16、来疏浚只能在内河、湖泊进行的地域限制，而且也给传统的疏浚工程增加了新的主体内容，那就是挖泥与造地相结合或单纯为造地所需的吹填工程。u近百年来疏浚设备及疏浚技术三个阶段：近百年来疏浚设备及疏浚技术三个阶段： 20世纪的疏浚的大工程可以划分为三个时期：世纪的疏浚的大工程可以划分为三个时期：（1）第一个时期是20世纪初巴拿马运河的开通；（2）第二个时期是20世纪70年代苏伊士运河的扩建和中东地区深水港口的建设；（3）第三个时期则是90年代初开始持续10多年至今的东南亚出现的大型填海造地工程，创造了世界疏浚业发展有史以来最辉煌的时代。u国际疏浚业的大工程国际疏浚业的大工程u国际疏浚业的大工程国际疏浚业

17、的大工程香港竹篙湾迪士尼公园填海工程香港竹篙湾迪士尼公园填海工程u国际疏浚业的大工程国际疏浚业的大工程荷兰鹿特丹港马斯平原港区二期吹填工程吹填量：3亿m u国际疏浚业的大工程国际疏浚业的大工程上海国际航运中心洋山深水港陆域形成工程u国际疏浚业的大工程国际疏浚业的大工程阿联酋迪拜棕榈岛工程阿联酋迪拜棕榈岛工程 棕榈岛工程耗资140亿美元，由朱迈拉朱迈拉(Jumeirah)棕榈岛棕榈岛、阿里山阿里山(JebelAli)棕榈岛棕榈岛代拉代拉(Deira)棕榈岛棕榈岛世界岛世界岛(theworld)等4个岛屿群以及后期的（14）滨水滩滨水滩(waterfront)项目项目组成。计划建造1.2万栋私人住宅和1万多所公寓，还包括100多个豪华酒店以及港口、水主题公园、餐馆、购物中心和潜水场所等设施。此外，一个水下酒店、一栋世界上最高的摩天大楼，一处室内滑雪场、一个与迪拜城市大小相当的主体公园，也在计划之内。人们可以通过乘船、驾车甚至乘坐单轨火车到达棕榈岛。棕榈岛计划完成后，迪拜的海岸线将增加720公里。 （24.35亿m3）u国际疏浚业的大工程国际疏浚业的大工程阿联酋迪拜棕榈岛工程（吹填）